Thiết kế phân xưởng sản xuất acid acetic cho quy trình chế biến mủ cao su

QUY TRÌNH ĐÁNH ĐÔNG MỦ CAO SU

Các bước trong quy trình đánh đông mủ cao su Thu nhận và sơ chế latex cao su

Mủ cao su đƣợc pha loãng hòa trộn với acid sẽ đƣợc đƣa vào bể theo máng dẫn, mủ sẽ đông đặc trong bể và đƣợc lấy ra nhờ các móc sắt gắn ở đáy bể. Đây là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất, thông thường đánh đông theo phương pháp này thì cần từ 3,7-10 kg acid acetic nguyên chất cho 1tấn mủ cao su thành phẩm (tỉ lệ 1%). Sau ly tâm các phân tử cao su không hòa tan được lắng tụ dưới đáy thiết bị ly tâm và phần dịch serum (nước và các chất hòa tan) sẽ được loại bỏ, ta thu được sản phẩm mủ ly tâm.

Tùy từng loại sản phẩm mủ cao su muốn chế biến thì có những quy trình chế biến khác nhau nhƣ xông khói tạo mủ tờ xông khói (RSS), cao su Creps, cao su cốm.

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ACID ACETIC

COOH COOH C2H5OH

• Đĩa phân phối lỏng

Phương pháp này tạo được bề mặt tiếp xúc pha giữa lỏng, khí và vi sinnh vật lớn nhờ bổ sung vật liệu bám trong thiết bị nên năng suất và hiệu suất cao hơn, khắc phục được những điểm yếu của phương pháp chậm. Ở phương pháp này người ta tưới dịch lên men cho chảy chậm qua thùng lên men (gọi là generator), bên trong đổ đầy vật liệu bám có màng vi khuẩn trên bề mặt, không khí đi ngược chiều từ dưới lên, dịch lên men chuyển hóa nhanh nhờ vi khuẩn. Người ta thiết kế một hệ thống lên men bao gồm 3 phần: phần trên là lớp đệm vi sinh vật, hoạt động nhƣ phương pháp lên men nhanh; phần dưới là một thùng chứa phần dung dịch đã được lên men ở phần trên chảy xuống (giống thiết bị lên men chìm);dưới cùng là hệ thống thổi khí mạnh; khí sẽ đƣợc thổi qua phần dung dịch này rồi chuyển ngƣợc lên phần trên.

Xuất phát từ tình hình điện năng thiếu hụt, trình độ khoa học kỹ thuật còn hạn chế không thể đáp ứng đƣợc nhu cầu nghiêm ngặt khắc khe về thông số và tính phức tạp của bộ phận làm sạch khí khỏi những tạp chất, dầu mỡ làm cho không khí bị tạp nhiễm sau khi đi qua máy nén quạt,. Do đó, khi vận hành (cho thiết bị quay tròn) luôn có một nửa thiết bị tiếp xúc với không khí.Người ta thiết kế số vòng quay thích hợp sao cho trong quá trình tiếp xúc không khí, các vi khuẩn giấm trên đệm có thể oxy hóa triệt để rƣợu có trong dịch lên men. Nhìn chung ba phương pháp đầu không được sử dụng rộng rãi trong sản xuất, phương pháp cuối cải tiến nhất và đƣợc cải tiến không ngừng do nó có những ƣu điểm: năng suất tương đối lớn, thiết bị tương đối gọn, có thể tiến hành sản xuất trong mọi điều kiện vì có sự thông khí tự nhiên không phụ thuộc vào nguồn điện.

Điều kiện cần thiết của phương pháp này là duy trì nhiệt độ trong buồng oxy hóa ở một giới hạn nhất định, đảm bảo cho quá trình tạo acid mạnh nhất (tốt nhất là giữ cho phần trên ở 30°C, phần dưới ở 33-34°C). Khi tuần hoàn có thể giữ generator luôn làm việc với nồng độ acid cao, nhƣ vậy một mặt có thể tránh đƣợc sự tạp nhiễm, mặt khác luôn kích thích vi khuẩn phát triển và khi đó tốc độ tạo acid là rất cao, rút ngắn thời gian lên men. Nhƣng có thể khắc phục đƣợc bằng cách đặt một thiết bị ngƣng tụ bao gồm hai thiết bị lọc khan đặt kế tiếp nhau sau tháp lên men để ngƣng tụ rƣợu, acid acetic và một số khí khác (có thể dùng than hoạt tính hoặc silicagel để nạp cho tháp lọc.

Khi sản xuất acid acetic theo phương pháp nhanh, cần đưa vào dung dịch lên men một lƣợng acid acetic sao cho thừa món hai mục đớch trờn, đồng thời phải cú nồng độ nhỏ hơn ngƣỡng có tác dụng ức chế cho chính bản thân vi khuẩn (ở nồng độ 8% acid acetic thì vi khuẩn hoạt động rất kém). - Acetobacter aceti: là một loại trực khuẩn ngắn, xếp thành chuỗi, không di động, nhuộm vàng với dung dịch iod, có khả năng phát triển ở nồng độ rƣợu khá cao (11%) và tích lũy đƣợc khoảng 6% acid acetic , phát triển thích hợp ở nhiệt độ 34°C. Một số loài vi khuẩn có khả năng gây ra sự “quá oxy hóa” ngay cả khi môi trường lên men còn nồng độ rượu khá cao như Acetobacter xylinum thì cần hết sức loại trừ chúng trong quá trình sản xuất acid acetic.

Nguyên liệu trong sản xuất acid acetic thường là các loại quả có đường, các loại siro chứa đường, sản phẩm thủy phân của các nguyên liệu chứa tinh bột, bia, rƣợu vang hoặc bất cứ sản phẩm nào cũng có thể lên men đƣợc.

MÔ HÌNH FERMENTOR SỬ DỤNG MÀNG SINH HỌC CỐ ĐỊNH TRONG LÊN MEN ACID ACETIC

• Tế bào của vi sinh vật

Các fermentor dạng tầng sôi Loại này khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của loại thùng có cánh khuấy hoạt động liên tục là sự lôi cuốn vi sinh vật, trong fermentor dạng này các phần tử vi sinh vật lơ lững trong môi trường lên men nhờ dòng chảy từ dưới lên, còn lực trọng trường sẽ giữ cho chúng không bị cuốn khỏi fermentor (hình 3.3). Fermentor đƣợc thông khí tự nhiên do sự chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài (nhiệt độ bên trong cao hơn nhiệt độ phản ứng tỏa ra) tạo nên sự chênh lệch áp suất giúp không khí đi qua phần thể tích trống giữa vật liệu bám. Nhiệm vụ này chỉ thực hiện nhanh nhất khi ứng dụng các kỹ thuật tính toán hiện đại, nhờ kết quả khảo sát nhanh cơ chế xảy ra trong quá trình sinh tổng hợp, đánh giá các hằng số động học và lựa chọn thành phần tối ưu của môi trường dinh dưỡng.

- Lựa chọn chủng vi sinh vật thích hợp, chủng nào ở mức độ đáng kể quyết định pha phát triển (sự tạo thành sản phẩm, vùng pH và nhiệt độ làm việc, sự thông khí và cung cấp khả năng dự đoán các ảnh hưởng có thể có của khả năng nhiễm khuẩn). Trong các thiết bị dạng ống màng sinh học bám trên bề mặt các vật rắn trơ có thể tồn tại hai trạng thái: cố định (tĩnh) hay linh động (các vật rắn trơ có màng sinh học bao phủ lơ lững trong môi trường lên men). Do đó hình dạng hình học của màng biến đổi liên tục dưới tác động của quá trình phát triển vi sinh vật và sự thoát đi một phần vi khuẩn ra khỏi bề mặt bám dưới tác dụng của lực trọng trường, kết quả là đường đi của dòng lỏng và bề mặt tiếp xúc pha rắn lỏng biến đổi.

Trong các thiết bị dạng không khống chế đƣợc bề dày màng, quần thể vi sinh vật lộn xộn ở mức độ cao và ở những thời điểm khác nhau là khác nhau, chất lỏng chảy qua thiết bị ở dạng màng dưới tác dụng của lực trọng trường. Mọi phản ứng sinh hóa đều là phản ứng dị thể vì chúng diễn ra tối thiểu có sự tham gia của pha rắn là vi khuẩn acid acetic, pha lỏng là nước và các chất dinh dưỡng, trong quá trình còn có pha khí là O2 cung cấp và CO2 (sản phẩm chuyển hóa của vi sinh vật). R6 - Trở lực bên trong tế bào phụ thuộc đặc điểm sinh trưởng của vi sinh vật Ngoài ra, cũng cần thêm vào tổng này những trở lực phụ nhƣ trở lực do vón cục tế bào hay khuẩn ty, những trở lực hóa học do những phản ứng ezyme bên trong vi sinh vật.

Cơ chế quá trình vận chuyển O2 từ pha khí đến các tế bào vi sinh vật trong lớp gel bám trên đệm trơ trong các fermentor dạng ống là rất phức tạp, những giai đoạn cơ bản của quá trình đó nhƣ sau (hình 3.8). - Oxy hấp thụ vào lớp gel giữa các tế bào và di chuyển tới vùng phản ứng Các giai đoạn trên xảy ra nối tiếp nhau và mỗi giai đoạn sẽ gặp phải các trở lực tương ứng cho nên giai đoạn nào chậm nhất sẽ quyết định tốc độ của quá trình. Trong các quá trình lên men kèm theo sự tạo thành sản phẩm trao đổi chất, vận tốc tạo thành sản phẩm có thể tỷ lệ với vận tốc phát triển của tế bào và dựa trên cơ chế tạo thành sản phẩm trong các phản ứng lên men sẽ suy ra đƣợc sự phát triển của sinh khối.

Các mô hình đơn giản nhƣ vậy cho phộp người ta thiết kế cú thể đỏnh giỏ một cỏch rừ ràng hơn mối quan hệ tương hỗ phức tạp, tồn tại trong các fermentor thực giữa những đặc trƣng dòng chảy của lỏng, các hiện tƣợng truyền khối, truyền nhiệt và động học phản ứng xảy ra trong đó.